等离子体所在未来聚变堆偏滤器靶板和冷却回路设计研究方面取得新进展

    近日，装置主机工程研究室科研人员在未来聚变堆偏滤器靶板和冷却回路设计研究方面取得了新进展，研究成果以“New designs of target and cooling scheme for water cooled divertor in DEMO”为题发表在核聚变领域权威期刊Nuclear Fusion (X.Y. Qian, et al 2021 Nucl. Fusion 61 036008)。

    偏滤器作为聚变堆的核心部件之一，是聚变反应中重要的能量和粒子排出通道，其性能直接影响装置的可靠性及安全性。一直以来，全钨水冷偏滤器研究都是国内外聚变研究的重点领域，也积累了大量的技术成果。但是考虑到材料，特别是钨铜偏滤器的热沉材料铬锆铜在中子辐照下的脆化效应，能否直接将目前ITER结构的偏滤器外推到未来聚变堆的运行条件，仍存在很多问题需要探索。课题组基于中子辐照下的材料特性，提出了一个在未来聚变堆中短期可行的偏滤器设计方案。根据偏滤器区域热负荷和中子辐照损伤的分布特性，这一方案采用在高热负荷低中子辐照的打击点区用传热性能极佳的铬锆铜作为热沉材料、低热负荷高中子辐照的非打击点区用抗中子辐照性能较好的低活化钢作为热沉材料，同时对偏滤器的冷却回路进行重新设计，将流入外靶板区的流量分配到内靶板区和Dome区，在不引起任何负面影响的情况下使得偏滤器内外靶板的流速分布更为均匀、压降更小。

    该研究成果得益于等离子体所及英国CCFE相关科研人员和深圳大学李院士工作站的支持和合作，相关工作得到了国家重点研发专项、国家自然科学基金、安徽省杰出青年科学基金、中国科学院青年创新促进会等项目的资助。

    论文链接：https://dx.doi.org/10.1088/1741-4326/abd148

偏滤器靶板设计理念

偏滤器冷却回路冷却剂流动顺序示意图